Способ расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия

Авторы патента:


Способ расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия
Способ расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия
Способ расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия

Владельцы патента RU 2659620:

Общество с ограниченной ответственностью "КАИ-ЭЙНЕРЕН" ООО "КАИ-ЭЙНЕРЕН" (RU)

Изобретение относится к механическим испытаниям газотермических покрытий, а конкретно касается определения пластических деформаций в различных диапазонах нагрузок. Сущность: осуществляют нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по четырехточечной схеме, последовательно, плавно один и более раз равнораспределенно в трех диапазонах нагрузок, соответственно: упругой, упругопластической и пластической зонах деформации покрытий, с последующей разгрузкой до нуля, при этом фиксируют остаточные пластические деформации (мкм), далее образец нагружают до разрушения газотермического покрытия, фиксируют максимальные деформации покрытия (мкм), рассчитывают сумму остаточных пластических деформаций (мкм) для всех диапазонов нагрузки, суммируют к ней значение максимальной деформации, а для определения остаточного ресурса в любой момент испытаний от вышеуказанной суммы вычитают накопленные на данный момент остаточные пластические деформации (мкм), при этом полученный результат переводят в процентное соотношение от вышеуказанной суммы, по полученному результату судят об остаточном ресурсе для аналогичных газотермических покрытий. Технический результат: возможность получения значений пластических деформаций газотермических покрытий при различных нагрузках, возможность рассчитать характер накопления пластических деформаций и прогнозировать долговечность, остаточный ресурс покрытия при различных режимах его эксплуатации. 2 ил.

 

Изобретение относится к механическим испытаниям газотермических покрытий, а конкретно касается определения пластических деформации в различных диапазонах нагрузок. Изобретение может быть использовано для расчета накопления остаточных пластических деформаций (мкм) и остаточного ресурса (%) газотермического покрытия при различных режимах его эксплуатации.

Известен способ определения деформации газотермических покрытий [A. Kucuk, С.С. Berndt, U. Senturk, R.S. Lima, C.R. Lima Influence of plasma spray parameters on mechanical properties of yttria stabilized zirconia coatings. I: Four point bend test // Materials Science and Engineering, 2000, A284, p. 29-40], при котором нагружают по 4-х точечной схеме образец с газотермическим покрытием, расположенный сверху так, чтобы при нагружении покрытие в средней части образца подвергалось сжатию. Данный способ не позволяет определить значение остаточных пластических деформаций и их накопление при последующих циклах испытаний образца, так как использует более мягкий, чем растяжение, тип нагружения образца.

Известен способ определения остаточных напряжений и энергетических характеристик газотермических покрытий (патент №2499244, МПК G01N 3/20, опубл. 20.11.2013 г., авторы: Ильинкова Т.А., Ибрагимов А.Р., Бакиров И.Р., Мельникова Т.Н.], в котором нагружение образца с покрытием осуществляют изгибающей нагрузкой по 4-х точечной схеме, не превышающей предел упругости материала покрытия, а затем разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, измеряют остаточное усилие, продолжают разгружение до получения значения усилия, равного нулю и измеряют остаточную деформацию сжатия; по полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные напряжения в покрытии. Однако в данном способе не используются последовательно один и более раз равнораспределенные нагрузки, которые формировали бы в газотермических покрытиях упругие, упруго-пластические и пластические деформации, позволяющие определить остаточные пластические деформации и их накопление.

Технической проблемой является определение остаточного ресурса у образцов с газотермическим покрытием для того, чтобы далее рассчитать остаточный ресурс газотермических покрытий в составе реальных деталей.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в получении значений пластических деформации газотермических покрытий при различных нагрузках, что позволяет рассчитать характер накопления пластических деформации и прогнозировать долговечность, остаточный ресурс покрытия при различных режимах его эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в способе расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия, включающем нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по 4-х точечной схеме до разрушения газотермического покрытия, новым является то, что нагружение осуществляют последовательно, плавно один и более раз равнораспределенно в трёх диапазонах нагрузок, соответственно: упругой, упругопластической и пластической зоне деформации покрытий с последующей разгрузкой до нуля, при этом измеряют остаточные пластические деформации (мкм), далее образец нагружают до разрушения газотермического покрытия, замеряют максимальные деформации покрытия (мкм), рассчитывают сумму остаточных пластических деформаций (мкм) для всех диапазонов нагрузки, суммируют к ней значение максимальной деформации, а для определения остаточного ресурса в любой момент испытаний от вышеуказанной суммы вычитают накопленные на данный момент остаточные пластические деформации (мкм), при этом полученный результат переводят в процентное соотношение от вышеуказанной суммы, по полученному результату судят об остаточном ресурсе для аналогичных газотермических покрытий

На фиг. 1 представлена схема 4-х точечного изгиба, где 1 - прямоугольный металлический образец (пластина); 2 - подслой; 3 - покрытие; 4 - тензодатчик; 5 - измеритель деформации; 6 - устройство для нагружения.

На фиг. 2 представлена схема деформационного гистерезиса газотермического покрытия.

Сущность способа заключается в следующем. Образец 1 с газотермическим покрытием, расположенный на опорах покрытием вниз, нагружают статической нагрузкой по 4-х точечной схеме последовательно, плавно один и более раз равнораспределенно в трёх диапазонах нагрузок, соответственно: упругой, упругопластической и пластической зоне деформации покрытий с последующей разгрузкой до нуля, при этом тензодатчиками измеряют остаточные пластические деформации (мкм). Далее образец нагружают до разрушения газотермического покрытия, измеряют тензодатчиками максимальные деформации покрытия (мкм). По результатам измерения строится диаграмма в координатах: «Нагрузка, Ρ (Η) - Деформация, ε (мкм)», которая представляет собой деформационный гистерезис. По полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные пластические деформации (мкм) для всех диапазонов нагрузки. Для определения общего деформационного ресурса покрытия (S) суммируется все остаточные пластические деформации (мкм) и значение максимальной деформации (мкм). Для определения остаточного ресурса (%) в любой момент испытаний, от вышеуказанной суммы вычитают накопленные на данный момент остаточные пластические деформации (мкм), при этом полученный результат переводят в процентное соотношение от вышеуказанной суммы, по полученному результату судят об остаточном ресурсе для аналогичных газотермических покрытий.

Расчет пластической деформации и остаточного ресурса осуществляют следующим образом:

- остаточные пластические деформации ε (мкм) рассчитываются как разница между начальной (ε0) перед нагружением и конечной (ε1) деформацией после разгружения:

- суммарные остаточные пластические деформации (мкм) рассчитываются как сумма всех пластических деформации в диапазонах нагрузок: упругой, упругопластической, пластической зон деформации покрытий - Σε

- значение максимальной деформации (мкм) определяют в момент разрушения покрытия - εmax.

- остаточный ресурс (Υ) покрытия рассчитывается при условии:

а) если не достигнуто предельное значение общего деформационного ресурса покрытия - S (Σε<S), то остаточный ресурс (Y) определяется в процентах и выражается по формуле Y=((S - (Σε+εmax))*100%) / S.

б) если Σε≥S или (Σε+εmax) ≥S, тο в этом случае произошло разрушение покрытия и Υ= 0.

Пример №1: Образец №1 - пластина размерами 10*80*3 мм из никелевого сплава марки ВХ-4А, имеющая 2 слоя напыления газотермического покрытия: Metco 204-NS+AMDRY 995 С напыленное плазменным методом по стандартной технологии. На пластину в средней части наклеены тензодатчики (размеры 20*5мм, сопротивление 200 Ом). Испытания проводились на 4-х точечный изгиб. Значения из тензодатчиков тарировались в микрометры, полученные пластические, максимальные деформация покрытия определялись через растяжение, перемещение тензодатчиков. На фиг. 2 в качестве примера представлена схема деформационного гистерезиса газотермического покрытия.

При первом испытании образца в упругой зоне деформации до 400Н нагрузки с последующей полной разгрузкой, была зафиксирована остаточная пластическая деформация газотермического покрытия - 0,2 мкм. При каждом последующем цикле испытании до 400Н фиксировалось увеличение остаточной пластической деформации после разгрузки на 0,0005 мкм.

Далее испытания проводились в упругопластической зоне деформации покрытий при нагружении до 800Н с полным разгружением. При первом испытаний было зафиксировано 3,2 мкм остаточной пластической деформации. При каждом последующем повторе цикла испытаний до этой нагрузки фиксируется увеличение остаточных пластических деформаций -0,016 мкм.

Испытания в пластической зоне деформации проводились при нагрузках до 1200Н с последующей полной разгрузкой. При первом испытаний было зафиксировано 26,2 мкм остаточной пластической деформации газотермического покрытия. При каждом последующем повторе цикла испытаний до этой нагрузки фиксируется увеличение остаточных пластических деформаций - 0,2 мкм.

Далее образец испытывался до разрушения газотермического покрытия. При максимальной деформации примерно 215 мкм произошло разрушение покрытия.

Пример № 2: Образец №2 - пластина, имеющий те же характеристики, что и образец №1.

При первом испытании образца в упругой зоне деформации до 400Н нагрузки с последующей полной разгрузкой, была зафиксирована остаточная пластическая деформация газотермического покрытия - 1,5 мкм. При каждом последующем цикле испытании до 400Н фиксировалось увеличение остаточной пластической деформации после разгрузки на 0,0038 мкм.

Далее испытания проводились в упругопластической зоне деформации покрытий при нагружении до 800Н с полным разгружением. При первом испытаний было зафиксировано 10 мкм остаточной пластической деформаций. При каждом последующем повторе цикла испытаний до этой нагрузки фиксируется увеличение остаточных пластических деформаций -0,05 мкм.

Испытания в пластической зоне деформации проводились при нагрузках до 1200Н с последующей полной разгрузкой. При первом испытаний было зафиксировано 53,4 мкм остаточной пластической деформации газотермического покрытия. При каждом последующем повторе цикла испытаний до этой нагрузки фиксируется увеличение остаточных пластических деформаций - 0,4 мкм.

Далее образец испытывался до разрушения газотермического покрытия. При максимальной деформации примерно 180 мкм произошло разрушение покрытия.

Таким образом, для образцов №1 и №2 суммирование всех пластических и максимального значения деформации дало примерное значение 250 мкм деформации в покрытии, что соответствует S - общему деформационному ресурсу покрытия. Это говорит о том, что произошло разрушение и остаточный ресурс покрытия (Y) равен 0.

Для аналогичных образцов можно определить остаточный ресурс на каждом этапе испытаний и при различных режимах до разрушения покрытия, рассчитав суммарные пластические деформации и остаточный ресурс газотермического покрытия.

Способ расчета остаточной пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия, включающий нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по четырехточечной схеме, разрушение газотермического покрытия, отличающийся тем, что нагружение образца осуществляют последовательно, плавно один и более раз равнораспределенно в трех диапазонах нагрузок, соответственно: упругой, упругопластической и пластической зонах деформации покрытий, с последующей разгрузкой до нуля, при этом измеряют остаточные пластические деформации (мкм), далее образец нагружают до разрушения газотермического покрытия, измеряют максимальные деформации покрытия (мкм), рассчитывают сумму остаточных пластических деформации (мкм) для всех диапазонов нагрузки, суммируют к ней значение максимальной деформации, а для определения остаточного ресурса в любой момент испытаний от вышеуказанной суммы вычитают накопленные на данный момент остаточные пластические деформации (мкм), при этом полученный результат переводят в процентное соотношение от вышеуказанной суммы, по полученному результату судят об остаточном ресурсе для аналогичных газотермических покрытий.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам определения термомеханических характеристик полимерных композиционных материалов, а именно к способам определения теплостойкости Т.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам испытаний плоских образцов на изгиб. Сущность: концы образцов закрепляют на опоре, изгибают и определяют величину прогиба в условиях сложного изгиба.

Изобретение относится к области усталостных испытаний материалов на изгиб и предназначено для охлаждения образцов в процессе подготовки и проведения усталостных испытаний на изгиб.

Изобретение относится к конструкции стенда, который обеспечивает возможность проведения испытаний на механическую прочность конструкции летательного аппарата. Устройство содержит оснастку для фиксации испытываемой конструкции и систему нагружения.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний стальных обетонированных труб больших диаметров для магистральных газо- и нефтепроводов.

Изобретение относится к способам испытания балок. Сущность: изготавливается рычажная установка привариванием к металлической стойке металлических кронштейнов, на концах кронштейнов вырезаются овальные отверстия и устанавливаются валы со шкивами, рычажная установка жестко закрепляется в основании.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для испытаний плоских и пространственных рамно-стержневых конструктивных систем на живучесть. Сущность: в проектное положение закрепляют неподвижные и выключающуюся центральную несущие стойки конструктивной системы, затем на них устанавливают ригели, монтируют нагрузочные устройства.

Изобретение относится к области метрологии, а именно к средствам получения чистого изгиба эталонной балки для испытаний тензодатчиков. Устройство содержит основание, эталонную балку постоянного сечения с системой измерения деформаций и механическую систему нагружения балки, включающую два симметрично расположенных рычага, шарнирно связанных с движителем.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения в натурных условиях деформационных и прочностных характеристик ровного ледяного покрова при изгибе.

Изобретение относится к исследованиям остаточных напряжений в детали. Сущность: осуществляют закрепление детали в первой точке и во второй точке на расстоянии от первой точки, выполнение первой операции съема материала в третьей точке, расположенной между первой и второй точками, освобождение детали во второй точке, измерение первой деформации детали, определение остаточных напряжений в детали на основе измерения первой деформации.

Изобретение относится к определению жесткостных характеристик лопасти с целью контроля качества лопастей при серийном производстве и может быть использовано для определения жесткостных характеристик сложных деталей в различных отраслях промышленности. Универсальное приспособление для определения жесткостных характеристик лопастей на изгиб в плоскости тяги содержит измеритель кривизны, состоящий из жесткой балки с неподвижными и одной подвижной измерительной опорами, мерное колесо, электронный цифровой индикатор, кронштейн, связывающий жесткую балку посредством роликов с лобовой базовой поверхностью лопасти, блок передачи информации от мерного колеса и электронного цифрового индикатора в компьютерное устройство. Технический результат: повышение точности измерений за счет обеспечения повторяемости траектории перемещения жесткой балки. 2 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям газотермических покрытий, а конкретно касается определения пластических деформаций в различных диапазонах нагрузок. Сущность: осуществляют нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по четырехточечной схеме, последовательно, плавно один и более раз равнораспределенно в трех диапазонах нагрузок, соответственно: упругой, упругопластической и пластической зонах деформации покрытий, с последующей разгрузкой до нуля, при этом фиксируют остаточные пластические деформации, далее образец нагружают до разрушения газотермического покрытия, фиксируют максимальные деформации покрытия, рассчитывают сумму остаточных пластических деформаций для всех диапазонов нагрузки, суммируют к ней значение максимальной деформации, а для определения остаточного ресурса в любой момент испытаний от вышеуказанной суммы вычитают накопленные на данный момент остаточные пластические деформации, при этом полученный результат переводят в процентное соотношение от вышеуказанной суммы, по полученному результату судят об остаточном ресурсе для аналогичных газотермических покрытий. Технический результат: возможность получения значений пластических деформаций газотермических покрытий при различных нагрузках, возможность рассчитать характер накопления пластических деформаций и прогнозировать долговечность, остаточный ресурс покрытия при различных режимах его эксплуатации. 2 ил.

Наверх